五感のうち、最もデバイス化が遅れているのが「嗅覚」です。人工嗅覚の実現を難しくしている要因のひとつが、その測定対象である「ニオイ」の複雑さです。「ニオイ」とは、40万種類以上といわれる各成分が、任意の割合で数種から数千種混ざり合って形成されるものであり、さらにこれが時間的にも空間的にも絶えず揺らぎます。この捉えどころの無い「ニオイ」を測り、人間が理解できる情報に変換する嗅覚センサの実現は、最高難度の科学技術課題のひとつといえます。一方で、人間や犬を含む生物の鼻は、この離れ業をいとも簡単にやってのけます。
そこで本講演では、まず生物の鼻と人工の鼻 (嗅覚センサ) との違いについて紹介し、嗅覚センサを開発するために必要な技術要素を概観します。また、嗅覚センサの実現に向けて、過去40年近く世界中で行われてきた様々な取り組みについて紹介し、これらを踏まえて、これまで我々が行ってきた総合的な研究開発を紹介します。特に、嗅覚センサに要求される要素を網羅した膜型表面応力センサ (MSS) を軸に、最先端のハードウェア (センサ素子+感応膜など) とソフトウェア (機械学習など) について、それぞれの基本的な原理から、それらの要素を統合する研究開発までを解説します。また、嗅覚センサに関する世界最大の産学官連携の取り組みと、その最新情報についても併せて紹介します。
- はじめに
- 嗅覚センサの歴史と現状
- 生物の嗅覚と嗅覚センサの違い
- 嗅覚センサシステムの要素と相互関係および技術課題
- MSSと周辺技術の研究開発
- ナノメカニカルセンサについて
- カンチレバーからMSSに至る経緯の技術的解説
- MSSの動作原理と各部の役割について
- 感応膜の設計と各種被覆方法の可能性と課題
- MSSの応用例
- 産学官連携による最先端技術の垂直統合
- MSSアライアンスについて
- 新・MSSフォーラムのご案内
- 機械学習との融合
- ニオイの特定指標の定量推定
- 伝達関数比法によるフリーハンド測定
- 別のアプローチ
- 逆転の発想による「固体材料のパターン認識」
- 名刺でもできる質量分析「流体熱力学質量分析」
- 世界最高感度のガス分析の紹介
- まとめと今後の展望
- アプリケーションの分類
- 生体ガスによる非侵襲性医療診断の動向と可能性
- 嗅覚センサに関する技術的な考え方
- 将来展望と今後の課題
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